Fotosinteza biljaka može se podijeliti u dva dijela. Prvi dio zahtijeva da svjetlost promijeni svjetlosnu energiju u kemijsku, a njegove kemijske reakcije nazivaju se reakcijama ovisnim o svjetlu. Drugi dio, koji koristi kemijsku energiju stvorenu prvim dijelom za proizvodnju biljnih ugljikohidrata za biljnu hranu, sastoji se od reakcija neovisnih o svjetlu. Svjetlosno neovisne reakcije nazivaju se i Calvinovim ciklusom, prema kemiku Melvinu C. Calvin koji je 1961. godine dobio Nobelovu nagradu za kemiju nakon što je identificirao postupak.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Svjetlosno neovisne reakcije fotosinteze su četiri reakcije koje se odvijaju u kasnijem dijelu procesa fotosinteze. Poznat i kao Calvinov ciklus, četiri koraka svjetlosno neovisnih ili tamnih reakcija su fiksacija ugljika, redukcija, stvaranje ugljikohidrata i regeneracija početnih enzima. Iako su poznate kao tamne reakcije jer im nije potrebno svjetlo da bi se nastavile, reakcije se odvijaju tijekom dana u isto vrijeme kad i svjetlosno ovisne reakcije jer tamne reakcije trebaju kemijske proizvode iz svjetlosno ovisnih reakcija kao reaktanti za četvero stepenice.
Pregled Calvinovog ciklusa
Calvinov ciklus koristi kemikalije proizvedene tijekom reakcija ovisnih o svjetlu kako bi popravio ugljični dioksid i proizveo ugljikohidrate koji biljkama trebaju za preživljavanje. Sveukupno, kemikalije preteče koje sadrže vodik iz prve faze fotosinteze i ugljični dioksid mijenjaju se u ugljikohidrate.
U svjetlosno ovisnim reakcijama svjetlost se apsorbira i energija koristi za cijepanje molekula vode. Rezultirajući vodikovi ioni i elektroni prenose se u kemijski nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP+) kako bi se dobio reducirani nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH) dodavanjem dva elektrona i vodikovog iona. Istodobno, dodavanjem fosfatne skupine kemikalija adenozin difosfat (ADP) mijenja se u adenozin trifosfat (ATP). Nove kemikalije koriste se za pohranu energije apsorbirane svjetlošću i čine je dostupnom za Calvinov ciklus.
Calvinov ciklus koristi vodik iz NADPH, ugljik iz ugljičnog dioksida i energiju iz ATP za proizvodnju ugljikohidrata koji biljci trebaju. Tijekom ovog procesa NADPH i ATP se mijenjaju natrag u NADP+ i ADP tako da su opet dostupni za dodatne reakcije ovisno o svjetlu.
Reagensi i proizvodi ciklusa Calvin
Calvinov ciklus odvija se unutar kloroplasta biljnih stanica. Svaka stanica ima nekoliko kloroplasta, a stanice koje ih sadrže tvore lišće biljke. Unutar kloroplasta u stromi se odvijaju reakcije Calvinovog ciklusa. Reaktanti CO2, ATP i NADPH iniciraju reakcije u četiri koraka koje čine Calvinov ciklus.
Prvi korak popravlja ugljik iz ugljičnog dioksida u zraku. Atomi ugljika pričvršćeni su na srednju molekulu šećera. U drugom se koraku fosfatna skupina iz ATP prenosi u intermedijarni enzim, a elektroni iz NADPH koriste se za smanjenje intermedijarnog šećera iz koraka 1. U trećem koraku intermedijarni šećer reagira s intermedijarnim enzimom stvarajući glukozu, koju osnovne biljke ugljikohidrata mogu koristiti kao hranu. U četvrtom se koraku obnavljaju izvorne kemikalije potrebne za reakciju. Produkti reakcije su glukoza, ADP i NADP+. Posljednje dvije se ponovno koriste u reakcijama ovisnim o svjetlu.
Iako se reakcije Calvinovog ciklusa mogu odvijati u nedostatku svjetlosti, one zapravo ovise o svjetlu u biljkama i odvijaju se danju. Ova ovisnost dolazi od potrebnih reaktanata ATP i NADPH, koji se brzo troše reakcijama Calvinovog ciklusa. Reaktanti se nadopunjuju reakcijama ovisnim o svjetlu iz Calvinovih proizvoda ciklusa ADP i NADP+. Kompletni proces fotosinteze oslanja se na koordinirano funkcioniranje i svjetlosno ovisne i tamne reakcije kako bi se proizveli ugljikohidrati iz svjetlosti, vode i ugljičnog dioksida.